压接式IGBT多物理场模型与封装压力均衡研究

发布时间：2020-09-24 05:19

　　 压接式IGBT器件具有低热阻、强通流能力、没有焊接和引线键合等优点,并且失效模式为短路失效,因此被广泛应用于风力发电、机车牵引、柔性直流输电和高压直流输电等电力电子系统中。相对于传统灌封焊接式IGBT器件,压接式IGBT有着完全不同的结构和封装工艺,因此需要注意的关键技术也不同。压力均衡是压接式IGBT封装的关键技术之一,本文主要对其展开研究并进一步讨论器件导通时它对温度分布的影响。通过在有限元仿真软件中建立压接式IGBT器件的物理模型,并在机械场中仿真得到芯片组的应力分布,分析内部平整度条件对压力均衡的影响,得到不同芯片并联规模下平均应力差值随平整度的变化规律,并将依赖于压力的接触热阻和接触电阻参数导入,进行多场耦合,从而进一步研究不同的平整度对芯片组温度分布的影响。本文设计一种24芯片的压接式IGBT器件并进行布局研究,选取四个对称排列的IGBT子模组进行封装,通过测量及对比同等电流激励时,三种不同压接压力条件下器件的“结-壳”热阻,得到了IGBT器件的热阻以及芯片结温与器件外部的压接压力大小的关系。本文还使用三个平整度条件不同的管壳,在保持组件和电流激励不变的条件下,通过热阻测量实验对比了器件的“结-壳”热阻,结果定量表明了器件内部平整度对其热阻以及芯片结温的影响。验证了仿真结论:随着压接压力增大以及平整度改善,压接式IGBT器件的热阻降低,从而使芯片结温降低。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN322.8
【部分图文】：

华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文4图1-2 压接式IGBT 短路失效过程分析图1-3 为典型的传统灌封焊接式 IGBT 器件的封装结构图，而图1-4 为典型的压接式IGBT 器件的封装结构图，在一个 IGBT 子模组中，从上至下排列分别是集电极钼片、IGBT 芯片、发射极钼片、银片。图1-3 焊接式IGBT 器件截面 图1-4 压接式IGBT 器件截面图1.2 压接式 IGBT 研究现状1.2.1 国内外研究概况国外的压接式 IGBT 研究进行的比较早，拥有比较完整的设计、制造和市场体系。像英国Westcode 公司、瑞士ABB 公司、日本Toshiba 公司以及Fuji Electric 公司等已有产品上市。英国 Westcode 公司起源于 20 世纪 30 年代，一直进行半导体材料以及器件的研究，在压接式IGBT 领域内拥有超过十年的研究经历，以及全球最先进的技术。瑞士的 ABB公司总部位于苏黎世，大功率电力半导体系

4图1-2 压接式IGBT 短路失效过程分析图1-3 为典型的传统灌封焊接式 IGBT 器件的封装结构图，而图1-4 为典型的压接式IGBT 器件的封装结构图，在一个 IGBT 子模组中，从上至下排列分别是集电极钼片、IGBT 芯片、发射极钼片、银片。图1-3 焊接式IGBT 器件截面 图1-4 压接式IGBT 器件截面图1.2 压接式 IGBT 研究现状1.2.1 国内外研究概况国外的压接式 IGBT 研究进行的比较早，拥有比较完整的设计、制造和市场体系。像英国Westcode 公司、瑞士ABB 公司、日本Toshiba 公司以及Fuji Electric 公司等已有产品上市。英国 Westcode 公司起源于 20 世纪 30 年代，一直进行半导体材料以及器件的研究，在压接式IGBT 领域内拥有超过十年的研究经历，以及全球最先进的技术。瑞士的 ABB公司总部位于苏黎世，大功率电力半导体系列种类十分齐全，有着自?

4图1-2 压接式IGBT 短路失效过程分析图1-3 为典型的传统灌封焊接式 IGBT 器件的封装结构图，而图1-4 为典型的压接式IGBT 器件的封装结构图，在一个 IGBT 子模组中，从上至下排列分别是集电极钼片、IGBT 芯片、发射极钼片、银片。图1-3 焊接式IGBT 器件截面 图1-4 压接式IGBT 器件截面图1.2 压接式 IGBT 研究现状1.2.1 国内外研究概况国外的压接式 IGBT 研究进行的比较早，拥有比较完整的设计、制造和市场体系。像英国Westcode 公司、瑞士ABB 公司、日本Toshiba 公司以及Fuji Electric 公司等已有产品上市。英国 Westcode 公司起源于 20 世纪 30 年代，一直进行半导体材料以及器件的研究，在压接式IGBT 领域内拥有超过十年的研究经历，以及全球最先进的技术。瑞士的 ABB公司总部位于苏黎世，大功率电力半导体系列种类十分齐全，有着自己设计的独特结构

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本文编号：2825360